中国石油大学（华东）工程流体力学实验报告

实验日期：          成绩：       

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实验六 流动状态实验

一、实验目的

1．测定液体运动时的沿程水头损失（）及断面的平均流速()；

2．绘制流态（—）曲线图，找出下临界点并计算临界雷诺数的值。二、实验装置

本室验的装置如图1所示。本实验所用的设备有流态实验装置、量筒、秒表、温度计及粘温表。

图1  流态实验装置

1.蓄水箱；2.稳压水箱；3.抽水泵；4.进水管；5.溢流管；6.实验管路；

7. 流量调节阀；8.回流管线；9.出水管；10.压差计；11.实验台

三、实验原理

1．液体在同一管道中流动，当速度不同时有层流、紊流两种流动状态。层流的特点是质点互不掺混，成线状流动。在紊流中流体的各质点相互掺混，有脉动现象。

不同的流态，其沿程水头损失与断面平均速度的关系也不相同。层流的沿程水头损失与断面平均流速的一次方成正比；紊流的沿程水头损失与断面平均速度的m次方成正比 (m=1.75~2.0) 。层流与紊流之间存在一个过渡区，它的沿程水头损失与断面平均流速关系与层流、紊流的不同。

2．当稳压水箱一直保持溢流时，实验管路水平放置且管径不变，流体在管内的流动为稳定流，此种情况下v₁=v₂。那么从A点到B点的沿程水头损失为h_f，可由能流量方程导出：

h₁、h₂分别是A点、B点的测压管水头，由压差计中的两个测压管读出。

3．雷诺数（Reynolds Number）判断流体流动状态。雷诺数的计算公式为：

—圆管内径；—断面平均速度；—运动粘度系数

当（下临界雷诺数）为层流，=2000~2320；

当（上临界雷诺数）为紊流，=4000~12000之间。

四、实验要求

1．有关常数：                                 实验装置编号：No. 1        

实验管内径：D=   1.0×10^-2  m；水温：T=     21.2   ℃；

水的密度：=  998.02 kg/m³； 动力粘度系数：= Pas；      运动粘度系数：= m²/s。

2．实验数据记录处理见表1。

表1  流动状态实验数据记录处理表

3．要求：

（1）在双对数坐标纸上绘制关系曲线图

图2

（2）确定下临界点，找出临界点速度，并写出计算临界雷诺数的过程。

由图可得，下临界点为（20.20,1.80），则临界速度

所以，临界雷诺数为

五、实验步骤

1．熟悉仪器，打开开关12启动抽水泵；

2．向稳压水箱充水使液面恒定，并保持少量溢流；

3．在打开流量调节阀前，检查压差计液面是否齐平。若不平，则须排气；

4．将流量调节阀打开，直至流量最大；

5．待管内液体流动稳定后，用量筒量测水的体积，用秒表测出时间。记录水的体积及所用的时间，同时读取压差计的液柱标高；

6．然后再调小流量。在调流量的过程中，要一直观察压差计液面的变化，直到调至合适的压差。再重复步骤5，共测18组数据；

7．测量水温，利用水的粘温表（见附录B)查出动力粘度系数、；

8．关闭水泵电源和流量调节阀，并将实验装置收拾干净整齐。

六、注意事项

1、在实验的整个过程中，要求稳压水箱始终保持少量溢流；

2、本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时实验过程的中间针形阀不得逆转；

3、当实验进行到过渡区和层流时，要特别注意针形阀的调节幅度一定要小，使得流量及压差的变化间隔要小；

4、实验点分配要合理，在层流、紊流段各测五个点，过渡状态6-8个点。

七、问题分析

1．液体流动状态及其转变说明了什么本质问题？

答：说明了液体流动存在阻力，层流状态时主要表现为液体的摩擦和变形，紊流状态时主要表现为液体质点的互相碰撞和掺混，临界状态则表现为层流到紊流的过渡。两种流态的转变说明了流体阻力从量变到质变的发展过程。

2．为什么在确定下临界雷诺数的实验过程中要求从大流量到小流量慢慢调节，且中间不得逆转？

答：因为在实验中要测的是下临界雷诺数，是从大到小调节，若反向调节，会使下临界状态转变为上临界状态，由于上下临界状态数值差别很大，会给实验带来很大误差，所在实验过程中阀门不得逆转。

3．为什么将临界雷诺数作为判断流态的准数？你的实测值与标准是否接近？

答：因为在紊流状态下，惯性力占主导地位，雷诺数较大；层流状态下，惯性力较弱，粘性力占主导地位，雷诺数较小，且对于任何一种管内流体，任何流态，都可以确定出一个雷诺数的值，由于不同的流体通过不同直径的管路时，其临界雷诺数大致相同，因此可将临界雷诺数作为判断流态的准数。我的实测值为2064.60，理论值为20##-2320，故与标准值很接近。

第二篇：中国石油大学(华东) 流体力学实验 流动状态

实验六、流动状态实验

一、实验目的 

1．测定液体运动时的沿程水头损失（）及断面的  平均流速（v）；

2．在双对数坐标上绘制流态（—）曲线图，找出下临界点并计算雷诺数（）的值。

二、实验装置  

本室验的装置如图所示。本实验所用的设备有流态实验装置、量筒、秒表、温度计及粘温表。

在图1-6-1横线上正确填写实验装置各部分的名称

图1-6-1  流态实验装置

1-稳压水箱；2-进水管；3-溢流管；

4-实验管路；5-压差计；6-流量调节阀；

7-回流管线；8-试验台；9-蓄水箱；

10-抽水泵；11-出水管；

三、实验原理 填空

1．液体在同一管道中流动，当速度不同时有层流、紊流两种流动状态。层流的特点是质点互不掺混，成线状流动。在紊流中流体的各质点相互掺混，有脉动现象。

不同的流态，其沿程阻力水头损失与断面平均速度的关系也不相同。层流的沿程水头损失与断面平均流速的一次方成正比；紊流的沿程水头损失与断面平均速度的m次方成正比 (m=1.72~2.0) 。层流与紊流之间存在一个过渡区，它的沿程水头损失与断面平均流速关系与层流、紊流的不同。

2．当稳压水箱一直保持溢流时，实验管路水平放置且管径不变，流体在管内的流动为稳定流，此种情况下v₁=v₂。那么从A点到B点的沿程水头损失为h_f，可由能流量方程导出：

h₁、h₂分别是A点、B点的测压管水头，由压差计中的两个测压管读出。

3．雷诺数（Reynolds Number）判断流体流动状态。雷诺数的计算公式为：

—圆管内径；—断面平均速度；—运动粘度系数

当（下临界雷诺数）为层流，=2000~2320；

当（上临界雷诺数）为紊流，=4000~12000之间。

四、实验要求

1．有关常数：                    实验装置编号：No.  12  

实验管内径：D= 1.0 cm；     水温：T=  19 ℃；

水的密度：= 998.43  kg/cm³；    动力粘度系数：=1.0299mPas；

运动粘度系数：= 1.032×10-2  cm²/s。

2、以表1-6-1中的任意一组数据为例 ，写出计算实例。

（1 ）水头损失：_{=|h1-h2|=64.1-43.8=20.3(cm)}

（2）运动粘度系数： =_{/=1.0299×10^-1/(998.43×10^-3)= 1.032×10-2 cm2/s}

（3）流量：_{= V/t=905/15.75=57.46 ml/s}

（4）断面平均速度：_{v=Q/A=57.46/7.85×10-5 =73.198 cm/s}

（5）雷诺数：_{=0.01×73.198×10-2/（1.032×10-6）= 7092.81}

3．实验数据记录处理见表1-6-1。

表1-6-1 流动状态实验数据记录处理表

4、在双对数坐标纸上绘制的关系曲线图

5、确定下临界点，找出临界点速度，并写出计算临界雷诺数的过程。

由上图得，下临界点选在lgV=1.35

=_{25.153*10-2(m/s)}

=_{Dvc/ν=1*10-2*25.153*10-2/1.1152*10-6=2255.552}

实验结果在理论值Re_c=2000～2300内，与理论值较吻合，实验误差在合理范围内。

五、实验步骤 填空  正确排序

（4）．将流量调节阀打开，直至流量最大；

（1）．熟悉仪器，打开开关12启动抽水泵；

（8）．关闭水泵电源和流量调节阀，并将实验装置收拾干净整齐。

（5）．待管内液体流动稳定后，用量筒量测水的体积，用秒表测出时间。记录水的体积及所用

（2）．向稳压水箱充水使液面恒定，并保持少量溢流；

（7）．测量水温，利用水的粘温表（见附录B)查出动力粘度系数、；

（3）．在打开流量调节阀前，检查压差计液面是否齐平。若不平，则须排气；

的时间，同时读取压差计的液柱标高；

（6）．然后再调小流量。在调流量的过程中，要一直观察压差计液面的变化，直到调至合适的压差。再重复步骤5，共测18组数据；

六、注意事项   

1、在实验的整个过程中，要求稳压水箱始终保持少量溢流；

2、本实验要求流量从大到小逐渐调整，同时实验过程的中流量调节阀阀不得逆转；

3、当实验进行到过渡段和层流段时，要特别注意流量调节阀的调节幅度一定要小，使得流量及压差的变化间隔要小；

4、实验点分配要合理，在层流、紊流段各测五个点，过渡状态6-8个点。

七、问题分析  

1．液体流动状态及其转变说明了什么本质问题？

答：说明了流体流动质点之间相互作用的表现形式不同。层流主要表现为流体质点间的摩擦和变形，紊流主要表现为流体质点间的相互撞击和掺混。紊流状态下粘性力较弱，惯性力占主要地位，雷诺数较大。层流状态下惯性力较弱，粘性力占主导地位，雷诺数较小。流体流动阻力产生的根本原因在于流体本身的粘性和惯性，两种状态的转化说明了流体流动阻力从量变到质变的发展过程，通过临界状态产生质的飞跃。2．为什么在确定下临界雷诺数的实验过程中要求从大流量到小流量慢慢调节，且中间不得逆转？

答：因为从大流量到小流量的过程中，只要流速达到临界流速，其流动状态就会立即发生改变，而小流量到大流量的过程中，当流速达到临界流速时，由于惯性力比较小，流体质点无法发生横向运动，仍保持层流状态，致使临界流速有时能达到相当大数值，这会使测得的下临界雷诺数误差较大。故在确定下临界雷诺数的实验过程中要求从大流量到小流量慢慢调节，且中见不可逆转。这更有有利于数据的测量和提高实验的成功率。

3．为什么将临界雷诺数作为判断流态的准数？你的实测值与标准是否接近？

答：流体流动阻力产生的原因为流体本身的惯性和粘性，而惯性力和粘性力之比可用雷诺数来表示，紊流状态下，惯性力占主要地位，雷诺数较大；层流状态下，惯性力较弱，粘性力占主要地位，雷诺数较小。故用雷诺数来判别流态，它能同时反映出流速、管径和流体物理性质三方面对流态的影响，综合了引起流动阻力的内因和外因，揭示了流动阻力的物理性质。

八、心得体会

答：通过本次实验，我对液体流动状态有了更深入的了解，掌握了沿程水头损失和断面平均流速的测定方法，加深了对雷诺数的理解，同时对影响流体流动的因素有了更深一步的认识，对excel制图有了更熟练的掌握。在实验过程中，不能随便打开不应打开的阀门，此举会严重影响实验结果。为了快速且准确的完成实验，小组成员应该互相配合，齐心协力。谢谢老师的悉心指导！